Warum ist die Lichtgeschwindigkeit endlich?
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Die Lichtgeschwindigkeit ist eine Naturkonstante. Wir kennen kein grundlegendes Prinzip, aus dem wir sie ohne Experiment herleiten könnten. Sie scheint also einfach eine Art Einstellung unseres Universums zu sein. Außerdem deuten unsere Beobachtungen darauf hin, dass sie überall gleich ist.
Genauer zu deiner Frage, warum sie unbedingt endlich ist. Du bekommst eine Reihe von Problemen, wenn du eine nicht endliche Lichtgeschwindigkeit hast. Relativistische Effekte gibt es dann nicht mehr, da jede Geschwindigkeit dann klein gegenüber der Lichtgeschwindigkeit ist. Das ist ja erstmal kein Problem nur etwas seltsam. Wenn du dir aber die Beziehung zur Äquivalenz von Masse und Energie anschaust merkst du sofort, dass eine beliebig kleine Masse äquivalent zu einer unendlich hohen Energie ist. Es ist also davon auszugehen, dass es in einem solchen Universum keine Masse geben kann.
Also ist die Antwort wohl: Weil du existierst und sonst diese Frage nicht stellen könntest.
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knapper schrieb:
Es ist also davon auszugehen, dass es in einem solchen Universum keine Masse geben kann.
Es gäbe da ja noch den Higgsmechanismus, über den man ebenfalls masseartige Effekte erzielen kann. Aber ob man ein nicht-relativistisches Analogon zu Quantenfeldtheorien formulieren kann, reche ich jetzt sicher nicht durch
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Für den mit Lichtgeschwindigkeit fliegenden Beobachter ist die Lichtgeschwindigkeit doch eh unendlich.
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hustbaer schrieb:
Für den mit Lichtgeschwindigkeit fliegenden Beobachter ist die Lichtgeschwindigkeit doch eh unendlich.
Wenn du 0 durch 0 teilst, kommt unendlich raus?
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Kommt auf die Steigung der beiden Nullen an würde ich sagen
Ich meine einfach: wenn ich als Beobachter beobachte, dass für mich keine Zeit vergeht bis ich am Zeil meiner Reise angekommen bin, egal wie weit dieses Ziel entfernt ist*, dann ist das für mich "unendlich schnell".
Wäre es genauer zu sagen dass der Begriff Geschwindigkeit für den mit Lichtgeschwindigkeit fliegenden Beobachter jegliche Bedeutung verliert, da das gesamte Universum für ihn flach ist (weil in Bewegungsrichtung keine Entfernungen mehr existieren)?
*: OK, das muss wahrscheinlich heissen: egal wie gross die Entfernung war, bevor ich mich auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt habe.
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hustbaer schrieb:
Kommt auf die Steigung der beiden Nullen an würde ich sagen
Ich meine einfach: wenn ich als Beobachter beobachte, dass für mich keine Zeit vergeht bis ich am Zeil meiner Reise angekommen bin, egal wie weit dieses Ziel entfernt ist*, dann ist das für mich "unendlich schnell".
Kann man so sehen.
*: OK, das muss wahrscheinlich heissen: egal wie gross die Entfernung war, bevor ich mich auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt habe.
Oder eben auch so.
Ist man nun in 0 Zeit unendlich weit gekommen oder war die Strecke 0?
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Wundert mich, dass der Kern der Sache nicht genannt wurde. Die Antwort auf die Frage ist extrem einfach:
Weil das Experiment es (im Rahmen der technischen und statistischen Möglichkeit) uns sagt welche Eigenschaften das Licht hat. Nicht mehr und nicht weniger und dies ist insbesondere nicht in Stein gemeißelt. Deswegen finde ich Argumentationen mit Relativität in dem Kontext auch nicht sehr schön.
Was man zudem noch sagen sollte, weil es sehr oft (auch von Physikern) vergessen wird. Die Naturwissenschaft hat in keiner Weise den Anspruch Fragen nach dem Warum und Wieso zu beantworten. Das ist der Job von Philosophen, Theologen, meinetwegen sogar Esoteriker aber gewiss nicht die eines Physikers.
Gruß
cpp_Jungspund
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cpp_Jungspund schrieb:
Was man zudem noch sagen sollte, weil es sehr oft (auch von Physikern) vergessen wird. Die Naturwissenschaft hat in keiner Weise den Anspruch Fragen nach dem Warum und Wieso zu beantworten. Das ist der Job von Philosophen, Theologen, meinetwegen sogar Esoteriker aber gewiss nicht die eines Physikers.
Richtig. Aber das bedeutet doch, dass der andere Teil deiner Antwort eben nicht die Antwort und ganz sicher nicht "extrem einfach" ist.
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Für mich ist die Kontanz der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum eine experimentelle Tatsache, die die Natur uns zeigt (so wie wir sie befragen) und die Theorie hat sich daran anzupassen. Da das alles ist, finde ich die Frage wie gesagt recht einfach.
Modelle welche mit Experimenten konsistent sind ist ein anderes Thema (was freilich beliebig kompliziert werden kann). Was ich eigentlich damit sagen wollte ist, dass ich es nicht gut finde mit Theorie experimentelle Fakten zu begründen.
Oder wie Feynman sinnesgemäß sagte: Die schönste, mathematisch geschlossene Theorie ist wertlos, wenn sie nicht im Einklang mit dem Experiment ist.
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cpp_Jungspund schrieb:
Für mich ist die Kontanz der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum eine experimentelle Tatsache, die die Natur uns zeigt (so wie wir sie befragen) und die Theorie hat sich daran anzupassen. Da das alles ist, finde ich die Frage wie gesagt recht einfach.
Das ist aber keine Begründung, warum die Fakten so sind.
Modelle welche mit Experimenten konsistent sind ist ein anderes Thema (was freilich beliebig kompliziert werden kann). Was ich eigentlich damit sagen wollte ist, dass ich es nicht gut finde mit Theorie experimentelle Fakten zu begründen.
Das mag eine lobenswerte Einstellung sein, war aber nicht die Frage.
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Aber genau das meine ich doch, nämlich dass die Frage für einen Physiker unsinnig ist
Die Frage nach dem "warum" stellt sich nicht.Klar kann man Philosophie betreiben, im Sinne von "ist der Mond noch da wenn man nicht hin sieht" und Gott der würfelt oder nicht, um ein Beispiel von Einstein aus der Quantenphysik zu nehmen, aber das ist halt keine Physik mehr.
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Die Endlichkeit der LG ist eine Sache, spannender ist die Tatsache, die letzendlich zur SRT geführt hat, dass sie konstant, also vom Bezugssystem unabhängig ist (bzw. lt. Maxwell sein musste).
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Algebra mit Elementen der Geometrie zu vereinen, ist ein Grundzug seines Werks. Maxwell zeigte, dass elektrische und magnetische Kräfte zwei sich ergänzende Erscheinungen des Elektromagnetismus sind. Er zeigte, dass sich elektrische und magnetische Felder in Form von elektromagnetischen Wellen mit einer konstanten Geschwindigkeit von etwa 3·108 m/s durch den Raum bewegen können, was genau der Lichtgeschwindigkeit entspricht. Er postulierte, dass das Licht eine Form von elektromagnetischer Strahlung sei.
https://de.wikipedia.org/wiki/Maxwell-Gleichungen
https://de.wikipedia.org/wiki/James_Clerk_Maxwell
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cpp_Jungspund schrieb:
Aber genau das meine ich doch, nämlich dass die Frage für einen Physiker unsinnig ist
Die Frage nach dem "warum" stellt sich nicht.Sie stellt sich nicht? Du kannst auch messen, bei welcher Temperatur Wasser gefriert. Stellt sich nicht die Frage, warum diese so ist wie sie ist? Diese Temperatur kannst du (zumindest theoretisch) aus den Quantenfeldtheorien der kleinsten Teilchen herleiten. Ist diese Art der Erklärung keine befriedigende Antwort auf die Frage nach dem Warum? Man gewinnt doch jede Menge Erkenntnis aus dieser Erklärung. Man kann natürlich weiter fragen, warum die Theorien der kleinsten Teilchen so sind, wie sie sind und darauf haben wir keine Antwort. Noch nicht. Wer weiß, was die Zukunft bringt?
Warum sollte es bei dem genauen Wert der Lichtgeschwindigkeit anders sein? Die Lichtgeschwindigkeit fließt ja bekanntermaßen in die Feinstrukturkonstante ein, die einen konkreten, aber bisher unerklärten, Wert hat. Vielleicht kann man mit einem verbesserten Verständnis des Universums diesen Wert in Zukunft irgendwie aus fundamentalen mathematischen Konstanten herleiten. Und dann hätte man zumindest einen Teil einer Erklärung des Werts der Lichtgeschwindigkeit und warum dieser endlich ist.
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Ich finde das ist etwas anderes was du da ansprichst. Natürlich möchte man anhand von Theorie versuchen neue Erkenntnisse zu gewinnen. Eines meiner Lieblinngsbeispiele ist z.B. wie Maxwell damals aus Überlegungen an der Kontinuitätsgleichung zeigte, dass das Amperesche Gesetz dynamisch nicht gilt und führte so den Verschiebungsstrom ein, welcher später experimentell bestätigt wurde. Oder was ich auch ganz toll finde ist, wie die Festkörperphysik mit dem Konzept der Symmetriebrechung den Grundstein gelegt hat welcher letzlich zum Higgs Formalismus führte.
Das sind aber Aspekte um die es mir hier gar nicht ging mit dem was ich meinte. Was ich hier zum Thema eigentlich sagen wollte, um es nochmal klarer zu formulieren, ist das man bei der Begründung eines Naturphänomens immer nur im Rahmen eines Modells ist und diese leider Gottes alle ihre Grenzen haben und die Frage nach dem "wahren warum" sich eben nicht stellt und auch nicht Aufgabe der Physik ist.
Nehmen wir mal dein Beispiel zur Thermodynamik, abgeleitet aus der Quantenphysik. Diese ist nicht konsistent mit der Gravitation (im wesentlichen weil sich Gravitation nicht abschirmen lässt) oder nehmen wir mal Penrose und Hawking, die sich in der Hälfte ihrer Paper selbst widersprechen wie die Entropie in einem schwarzen Loch aussieht.
Ebenso ist es hier mit der Lichtgeschwindigkeit. Da kann man jetzt Modelle nehmen und daran erklären aber man muss sich den Rahmen im Kopf behalten. Wenn mich im Rahmen derer jemand fragt wieso c numal c ist, dann würde ich antworten, dass das an der linearen Dispersionsrelationn liegt, denn ohne diese wären EM-Wellen nunmal keine Lösung der freien Maxwell Gleichung. Schon beim Übergang in die Quantenfeldtheorie ist das komplizierter (mit schönerweise fast ähnlicher Antwort). Da müsste man dann plötzlich aber anders argumentieren, nämlich dass eine gemeinsame Eichtransformation existiert, die den Formalismus bei der EM-Feld Quantisierung konsinstent werden lässt. Darüber machen sich viele leider gar keine Gedanken, doch faktisch werden die Erzeruger- und Vernichteroperatoren der Photonen auf dem Fock Raum konstruiert aus der klassichen Lösung der freien Maxwell-Gleichungen (Fourier Entwicklungskoeffizienten im wesentlichen) und diese aber stammen aus einer nicht-kovarianten Formulierung, der Coulomb-Eichung. Natürlich werden in jeder Grundvorlesung zur Feldtheorie die Maxwell Gleichungen kovariant und mit Lorenz Eichung formuliert, doch diese Ergebnisse werden dann bei der EM-Feld Quantisierung leider kaum aufgegriffen (was auch nicht sein muss, eben gerade weil eine vereinheitliche Eichtransformation existiert)
Das mögen alles nette Erklärungens ein, aber sie gelten nunmal nur im Rahemn der Quantenphysik. Okay jetzt könnte man zwar argumentieren, dass Gravitation eine klassiche Feldtheorie ist wie die klassische Theorie des Lichtes auch und dann das vereinheitlichen (was man auch gemacht hat), siehe Kaluza-Klein Theorie aber dann habe wir leider auch keine Quanteneffekte.
Man könnte stundenlang so weiter machen und sich immer wieder im Kreis drehen. Physiker fragen nach dem "wie", aber nicht nach dem "warum".
Aber nun gut, ich sollte vielleicht weniger über Physik reden und mich wieder C++ Grundlagen widmen. Da fühle ich mich im gegensatz zur Theoretischen Physik nämlich derzeit wie der erste Mensch, weil ich Jahre lang ohne Computer auskam und plötzlich C++ als Berg vor mir habe. Ziemlich frustrierend
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cpp_Jungspund schrieb:
Wundert mich, dass der Kern der Sache nicht genannt wurde. Die Antwort auf die Frage ist extrem einfach:
Weil das Experiment es (im Rahmen der technischen und statistischen Möglichkeit) uns sagt welche Eigenschaften das Licht hat. Nicht mehr und nicht weniger und dies ist insbesondere nicht in Stein gemeißelt. Deswegen finde ich Argumentationen mit Relativität in dem Kontext auch nicht sehr schön.So ist es.
Das Modell der Relativität ist Folge der Messungen. Es wurde dann rundherum bestätigt durch weitere Modelle, die ebenso durch Messungen bestätigt wurden. Und inzwischen kann man die alten Messungen auch gerne wegwerfen und die Relativität ist zwangsläufig aus ganz neuem Quantenkram und Feinstrukturen experimetell bestätigt, genau gemessen auf 10 oder 15 Größenordnungen. Die Masse von so einem Partikel oder der Impuls *kann nur* so sein, wie gemessen, wenn Einstein recht hatte. Ändert aber nix dran.
Es ist, wie es ist, weil… Sorry, keine Ahnung, wie es ist.
Es ist anerkannt, wie es anerkannt ist, weil Messungen das Standardmodell einfach jedesmal wieder bestätigen und immer wieder und immer wieder und immer wieder. Es ist so unglaublich stimmig. Atome sind ja voll dumm, Elektronen erst recht und es ist zum Verrücktwerden, diese kleinen Arschlöcher halten sich an Einstein, nur damit kriegt man dann 10 Stellen Messgenauigkeit in Zusammenhang mit dem Modell und ohne ihn wäre man bei 5 Stellen abgekackt.
Ich hab echt wie Du Bauchschmerzen dabei, dass man eine Beobachtung nur damit begründet, daß ein anerkanntes Modell diese Beobachtung voraussagt. Aber genau dieses anerkannte Modell sich auf jene Beobachtung stützt. Das ist ein Zirkelschluss.
Es könnte auch sein, daß Einstein und Konsorten nur wirre Theorien aufstellen, um was supi total einfaches nicht zu bemerken, wie dass der Deppen-Admin, der die Platten betreut, auf denen wir simuliert werden, wiedermal NULL dereferenziert hat und wir nur in Laufzeit kurz vor dem Absturz stehen, und wir auch keine sinnigen Naturgesetze erwarten können.
Hab langsam das Gefühl, daß es so ist. Der Quatsch mit 11 oder 26 Dimensionen, mit Branes oder Multiversen, der kann gar nicht wahr sein.
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volkard schrieb:
Ich hab echt wie Du Bauchschmerzen dabei, dass man eine Beobachtung nur damit begründet, daß ein anerkanntes Modell diese Beobachtung voraussagt. Aber genau dieses anerkannte Modell sich auf jene Beobachtung stützt. Das ist ein Zirkelschluss.
Nein, so funktioniert Physik nicht. Ein Modell ist erst einmal vollkommen unabhängig von jedem Experiment. Es ist (mehr oder weniger) gekonnt ins Blaue geraten. Die einzige Einschränkung, die einem dabei auferliegt, ist, dass die Theorie bisherige Messungen im Rahmen ihrer Genauigkeit besser nicht widersprechen sollte, ansonsten ist sie offensichtlich gleich falsch.
Schritt 2 ist, die Theorie so weit zu entwickeln, dass man Resultate von Experimenten vorhersagt. Gelingt das und liegt das Resultat unter Beachtung seiner Messgenauigkeit innerhalb der Vorhersage, ist die Theorie zunächst nicht falsifiziert. So lange nicht, bis ein Experiment (oder zwei) was anderes sagt (sagen).
Wenn man nun wieder und wieder die Theorie jahrzehntelang überprüft, vergisst man vielleicht, was eher da war, die Theorie oder das Experiment und es erscheint evtl. wie ein Zirkelschluss - es ist aber keiner, die Theorie war vorher da.
volkard schrieb:
Das Modell der Relativität ist Folge der Messungen.
Nein. Eine Messung liefert ebenso wenig ein Modell (Naturgesetz), wie ein Gericht ein Gesetz liefert. Gerichte sollen Gesetzen so wie Experimente Naturgesetzen gehorchen.
Ein Urteil kann allerdings einen Präzedenzfall darstellen, der dem Gesetzgeber die Aufgabe gibt, ein neues Gesetz zu erstellen (z.B. unser wertes Karlruhe). Genauso kann es passieren, dass das Experiment nicht dem Naturgesetz gehorcht. Dann muss eben ein neues Gesetz her.
Speziell Relativität: Das Modell derselben ist motiviert durch einerseits die enttäuschenden Ergebnisse der Experimente von z.B. Michselson und Morley, welche nach bestandenen Theorien unverständlich waren und andererseits rein logischer/intuitiver Unstimmigkeiten (warum sollte irgendein Inertialsystem ausgezeichnet sein? Warum sollte ein Magnet wissen, ob der sich bewegt oder die Spule das tut? Wieso verschwindet das Magnetfeld auf einmal, wenn man sich mit einem fliegenden Elektron bewegt, obwohl die Kräfte nach Newton in jedem Inertialsystem dieselben sind?).
Die SRT kommt aus einer ganz logischen Erklärung, die nur aus Annahmen à la Konstanz von c und Isotropie/Homogenität des Raumes annehmen und daraus alles erklärt, aufbauend auf geometrischen Überlegungen. Wegen c=const. verwende man anstatt des arithmetischen Mittels das Geometrische, dann wird aus dem Pythagoras a²+b²=c² ein a²-b²=c², sodass aus euklidischer Geometrie Minkowski-Geometrie wird und man ist schon ziemlich fertig.Die Konsequenzen der Theorie (speziell der SRT), also prinzipiell die Relativität der Gleichzeitigkeit, welche die Grundlage so ziemlich aller relativistischen Effekte ist, kamen zuerst aus der Theorie und waren postuliert. Fast alle heutigen Experimente bestätigen diese Theorie. Von einem Zirkelschluss will ich hier nichts wissen.
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Verstehe nur Bahnhof ... womit nochmal genau habt ihr beide Bauchschmerzen und warum?
EDIT
Ich war zu langsam, sehe es genau so wie mein Vorposter
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Anmerkung: Zu guter Letzt ist jede moderne physikalische Theorie mathematisch ausgedrückt. Eines der prinzipiellen Ziele aller Physik ist es ja mehr oder weniger, die Grundlagen der Physik vollständig auf Mathematik reduzieren zu können (aber das ist bei weitem nicht das einzige), wo dann jedoch spätestens bei Gödel Schluss ist mit der Erklärbarkeit und Widerspruchsfreiheit. Nicht mal die Mathematik kann die ultimative Warum-Frage klären. Aber sowohl Mathe als auch Physik können die Warum-Fragen, die davor kommen, beantworten. Und das ist gemessen an der Genauigkeit, die man benötigt und an den Modellen, die man versteht und in die man die phänomenologische Welt einteilt, eigentlich genug.
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Es ist anerkannt, wie es anerkannt ist, weil Messungen das Standardmodell einfach jedesmal wieder bestätigen und immer wieder und immer wieder und immer wieder. Es ist so unglaublich stimmig. Atome sind ja voll dumm, Elektronen erst recht und es ist zum Verrücktwerden, diese kleinen Arschlöcher halten sich an Einstein, ...
Das Standardmodell ist offenbar recht brauchbar durch die Vielzahl der Parameter (18 oder so), an denen man drehen kann, bis es "fittet". Atome halten sich an Einstein? Eher Schrödinger und Heisenberg. Aber letztendlich ist doch alles wieder Energie. Natürlich "helle", denn die dunkle kennt keiner, gibt es nur in Massen. Ja, Massen gibt es auch dunkel. Keine Ahnung, was das ist. Alles Energie, klar.
Irgendwie dreht sich alles um die Konstanten pi, h und c. Wie auch immer. Der Rest ist nur "gefrorene" und dadurch entartete Energie.
Ach ja, das Universum expandiert "beschleunigt", versteht keiner. Ah ja, die dunkle Energie ist schuld.
Wird Zeit, dass da mal einer echt neue Ideen in die Kiste pustet.
